JP2015125280A - Grid polarizing element, method and apparatus for emitting polarized ultraviolet light, method for manufacturing substrate having optical alignment layer and optical alignment device - Google Patents

Grid polarizing element, method and apparatus for emitting polarized ultraviolet light, method for manufacturing substrate having optical alignment layer and optical alignment device Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a non-reflection type grid polarizing element easily manufactured and capable of stably obtaining a desired polarization performance even when used on the condition of easily causing oxidization using ultraviolet light as a target wavelength.SOLUTION: A striped grid 2 provided on a transparent substrate 1 has a main layer formed by titanium nitride and/or titanium oxynitride, is formed by a lot of linear parts 21 without including a single metal layer and polarizes light by selectively absorbing s polarized light and transmitting p polarized light. Each linear part 21 is spaced at an interval t allowing the polarization of ultraviolet light. The ultraviolet light from a mercury lamp 51 is polarized by a grid polarizing element 53, and a work piece 10 is optically aligned by irradiating the work piece 10 with the polarized ultraviolet light.

Description

本願の発明は、偏光素子の一種であるグリッド偏光素子に関するものである。   The invention of the present application relates to a grid polarizing element which is a kind of polarizing element.

偏光光を得る偏光素子は、偏光サングラスのような身近な製品を始めとして偏光フィルターや偏光フィルム等の光学素子として各種のものが知られており、液晶ディスプレイ等のディスプレイデバイスでも多用されている。偏光素子には、偏光光を取り出す方式から幾つかのものに分類されるが、その一つにワイヤーグリッド偏光素子がある。   Various polarizing elements for obtaining polarized light are known as optical elements such as polarizing filters and polarizing films, as well as familiar products such as polarizing sunglasses, and are also widely used in display devices such as liquid crystal displays. Polarizing elements are classified into several types according to the method of extracting polarized light, and one of them is a wire grid polarizing element.

ワイヤーグリッド偏光素子は、透明基板上に金属(導電体)より成る微細な縞状のグリッド(格子)を設けた構造のものである。グリッドを成す多数の線状部の離間間隔を偏光させる光の波長以下とすることで偏光子として機能する。直線偏光光のうち、グリッドの長さ方向に電界成分を持つ偏光光にとってはフラットな金属と等価なので反射する一方、長さ方向に垂直な方向に電界成分を持つ偏光光にとっては透明基板のみがあるのと等価なので、透明基板を透過して出射する。このため、偏光子からはグリッドの長さ方向に垂直な方向の直線偏光光が専ら出射する。偏光素子の姿勢を制御し、グリッドの長さ方向が所望の方向に向くようにすることで、偏光光の軸(電界成分の向き)が所望の方向に向いた偏光光が得られることになる。   The wire grid polarizing element has a structure in which a fine striped grid made of metal (conductor) is provided on a transparent substrate. By functioning as a polarizer by setting the spacing between a large number of linear portions constituting the grid to be equal to or less than the wavelength of light to be polarized. Of linearly polarized light, polarized light having an electric field component in the length direction of the grid is reflected because it is equivalent to a flat metal, whereas for polarized light having an electric field component in a direction perpendicular to the length direction, only a transparent substrate is reflected. Since it is equivalent to being, it is transmitted through the transparent substrate and emitted. For this reason, linearly polarized light in a direction perpendicular to the length direction of the grid is exclusively emitted from the polarizer. By controlling the orientation of the polarizing element so that the length direction of the grid is oriented in a desired direction, polarized light whose axis of polarized light (direction of the electric field component) is oriented in the desired direction can be obtained. .

以下、説明の都合上、グリッドの長さ方向に電界成分を持つ直線偏光光をs偏光光と呼び、長さ方向に垂直な方向に電界成分を持つ直線偏光光をp偏光光と呼ぶ。通常、入射面(反射面に垂直で入射光線と反射光線を含む面)に対して電界が垂直なものをs波、平行なものをp波と呼ぶが、グリッドの長さ方向が入射面と平行であることを前提とし、このように区別する。   Hereinafter, for convenience of description, linearly polarized light having an electric field component in the length direction of the grid is referred to as s-polarized light, and linearly polarized light having an electric field component in a direction perpendicular to the length direction is referred to as p-polarized light. Usually, an object with an electric field perpendicular to an incident surface (a surface perpendicular to a reflecting surface and including incident light and reflected light) is called an s wave, and a parallel one is called a p wave. The distinction is made on the assumption that they are parallel.

このような偏光素子の性能を示す基本的な指標は、消光比ERと透過率TRである。消光比ERは、偏光素子を透過した偏光光の強度のうち、s偏光光の強度(Is)に対するp偏光光の強度(Ip)の比である(ER=Ip/Is)。また、透過率TRは、入射するs偏光光とp偏光光の全エネルギーに対する出射p偏光光のエネルギーの比である(TR=Ip/(Is+Ip))。理想的な偏光素子は、消光比ER=∞、透過率TR=50%ということになる。   The basic indicators for the performance of such a polarizing element are the extinction ratio ER and the transmittance TR. The extinction ratio ER is the ratio of the intensity (Ip) of p-polarized light to the intensity (Is) of s-polarized light out of the intensity of polarized light transmitted through the polarizing element (ER = Ip / Is). Further, the transmittance TR is a ratio of the energy of outgoing p-polarized light to the total energy of incident s-polarized light and p-polarized light (TR = Ip / (Is + Ip)). An ideal polarizing element has an extinction ratio ER = ∞ and a transmittance TR = 50%.

特許第5184624号公報Japanese Patent No. 5184624 特許第5224252号公報Japanese Patent No. 5224252 特許第5277455号公報Japanese Patent No. 5277455

ワイヤーグリッド偏光素子は、その名の通りグリッドの材料として金属を採用し、上記のようにs波を選択的にグリッドに反射させることで偏光作用を得るものである。発明者の研究によると、ワイヤーグリッド偏光素子には、金属の劣化が避けられない問題として存在していることが判ってきた。   As the name suggests, the wire grid polarization element employs metal as the grid material, and obtains a polarization action by selectively reflecting the s wave to the grid as described above. According to the inventor's research, it has been found that the wire grid polarizing element exists as an inevitable problem of metal degradation.

ワイヤーグリッド偏光素子の製造は、透明基板上に金属膜を形成し、フォトリソグラフィによって微細なグリッド構造を得ることで行われる。この際、製造において何からの加熱工程が存在することが多く、金属の表面が熱酸化してしまうことがある。例えばグリッドにはアルミが採用されることが多いが、アルミ製のグリッドを形成して得た偏光素子を高温状態で空気に晒すと、急速に酸化し、表面にアルミナの層が形成される。   The manufacture of the wire grid polarization element is performed by forming a metal film on a transparent substrate and obtaining a fine grid structure by photolithography. In this case, there is often a heating step in the production, and the metal surface may be thermally oxidized. For example, aluminum is often used for the grid, but when a polarizing element obtained by forming an aluminum grid is exposed to air at a high temperature, it rapidly oxidizes and an alumina layer is formed on the surface.

上記のようにワイヤーグリッド偏光素子では、グリッドを成す各線状部の間隔(ギャップ幅)を偏光させる光の波長との関係で最適に設計する。この設計には、当然ながら、グリッドの材料の物性、特に光学定数(複素屈折率のnとk)が重要なパラメーターとして考慮に入れられる。アルミ製のグリッドとして設計しても、表面に酸化層が形成されていると、光学定数が設計時と異なってくるため、所望の偏光性能が得られないことがある。グリッドの材料としては銅などの他の金属が使用されることがあるが、事情は同様である。金のような酸化しない金属を使用することも考えられるが、微細加工が難しかったり、コスト上の問題が生じたりする場合がある。   As described above, in the wire grid polarizing element, the distance (gap width) between the linear portions forming the grid is optimally designed in relation to the wavelength of light to be polarized. This design naturally takes into account the physical properties of the grid material, in particular the optical constants (n and k of the complex refractive index) as important parameters. Even when designed as an aluminum grid, if an oxide layer is formed on the surface, the optical constant may be different from that at the time of design, so that the desired polarization performance may not be obtained. Other metals, such as copper, may be used as the grid material, but the situation is similar. Although it is conceivable to use a metal that does not oxidize such as gold, fine processing may be difficult and cost problems may occur.

このようなグリッドの劣化は、製造時の要因のみならず、使用時の要因即ち使用環境によっても生じ得る。例えば高温多湿のような酸化し易い環境で使用されていると、劣化は容易に生じ得る。使用環境を要因とする劣化の別の例は、偏光させる光が紫外線である場合である。   Such deterioration of the grid can be caused not only by the factor at the time of manufacture but also by the factor at the time of use, that is, the use environment. Deterioration can easily occur when used in an easily oxidizable environment such as high temperature and humidity. Another example of deterioration due to the use environment is when the polarized light is ultraviolet light.

周知のように、紫外線の照射により酸素活性種(例えば原子状酸素)が生成され、酸素活性種は高い酸化作用を有する。特に300nm以下の紫外線によって生成される酸素活性種やオゾンの酸化作用は強力で、アルミのような金属は急速に酸化される。また、光配向のような光プロセスでは、生産性を高くするため、より高い照度で偏光光を照射することが必要になる場合がある。この場合、高照度の光照射によって金属が加熱され、熱酸化することもあり得る。   As is well known, oxygen active species (for example, atomic oxygen) are generated by irradiation with ultraviolet rays, and the oxygen active species has a high oxidizing action. In particular, the oxidizing action of oxygen active species and ozone generated by ultraviolet rays of 300 nm or less is strong, and metals such as aluminum are rapidly oxidized. Also, in an optical process such as photo-alignment, it may be necessary to irradiate polarized light with higher illuminance in order to increase productivity. In this case, the metal may be heated and thermally oxidized by light irradiation with high illuminance.

例えばアルミ製のグリッドの場合、通常、アルミ製のターゲットを使用したスパッタリングによりグリッド用の薄膜を作成し、エッチングによって縞状のグリッド形状とする。スパッタリングはDC又は高周波により行われ、ターゲットの被スパッタ面における投入電力密度は1〜10W/cm程度、雰囲気圧力は0.01〜0.1Pa程度、スパッタガスとしてのアルゴンの流量は10〜50SCCM程度、基板温度は20〜100℃程度とされる。このようにして作成されるアルミ膜に対し、紫外線(380nm以下)を照射すると、アルミが酸化して反射率が低下するのが確認される。 For example, in the case of an aluminum grid, a thin film for the grid is usually formed by sputtering using an aluminum target, and a striped grid shape is formed by etching. Sputtering is performed by DC or high frequency, the input power density on the target sputtering surface is about 1 to 10 W / cm 2 , the atmospheric pressure is about 0.01 to 0.1 Pa, and the flow rate of argon as the sputtering gas is 10 to 50 SCCM. The substrate temperature is about 20 to 100 ° C. When the aluminum film thus formed is irradiated with ultraviolet rays (380 nm or less), it is confirmed that aluminum is oxidized and the reflectance is lowered.

このような光照射による金属の酸化の問題は、従来のワイヤーグリッド偏光素子の偏光メカニズムそのものに影響を与える問題としてもクローズアップされる。即ち、ワイヤーグリッド偏光素子は、上記のようにグリッドにおいてs波を選択的に反射させることで偏光作用を生じさせる。しかしながら、アルミや銅といった金属は、酸化によって紫外線を吸収し易くなり、結果として反射率が低下する。このため、これら金属で形成されたグリッドより成るワイヤーグリッド偏光素子を紫外線用として使用すると、短期間にグリッドが酸化して吸収率が高くなり、所望の偏光性能(消光比や透過率)が得られなくなってしまう。また、金属によっては当初から紫外線の吸収率が高いものもあり、紫外線用としては使用できない材料もある。このような点が、発明者の研究により判ってきた。   Such a problem of metal oxidation due to light irradiation is also highlighted as a problem affecting the polarization mechanism itself of a conventional wire grid polarizing element. That is, the wire grid polarization element causes a polarization action by selectively reflecting the s-wave on the grid as described above. However, metals such as aluminum and copper easily absorb ultraviolet rays due to oxidation, resulting in a decrease in reflectance. For this reason, when a wire grid polarizing element composed of a grid formed of these metals is used for ultraviolet rays, the grid is oxidized in a short period of time, resulting in an increase in absorption, and a desired polarization performance (extinction ratio and transmittance) can be obtained. It will not be possible. Some metals have a high absorption rate of ultraviolet rays from the beginning, and some materials cannot be used for ultraviolet rays. Such a point has been found by the inventors' research.

ワイヤーグリッド偏光素子を開示した特許文献1〜3は、偏光作用を為す主たる層である素子26(即ち、ワイヤーグリッド)の材料として、アルミ、銀、金又は銅を採用するとしており(例えば特許文献1では段落0019)、紫外線の偏光についても言及している(例えば特許文献1では段落0015)。しかしながら、実際には、紫外線照射を要因としてグリッドが酸化してしまって紫外線の反射率が低下してしまうか、もしくは当初から紫外線については吸収が多くて反射が少ない状態となっている。つまり、特許文献1〜3は、紫外線の偏光について言及してはいるものの、反射型の偏光素子としては実際には機能しないか、または不十分な偏光性能しか得られないものである。   Patent Documents 1 to 3 that disclose a wire grid polarizing element adopt aluminum, silver, gold, or copper as the material of the element 26 (that is, the wire grid) that is a main layer that performs a polarizing action (for example, Patent Documents). 1, paragraph 0019) also refers to the polarization of ultraviolet light (for example, paragraph 0015 in Patent Document 1). However, in reality, the grid is oxidized due to ultraviolet irradiation and the reflectivity of the ultraviolet light is reduced, or from the beginning, the ultraviolet ray is absorbed and has little reflection. In other words, although Patent Documents 1 to 3 refer to the polarization of ultraviolet rays, they do not actually function as a reflective polarizing element, or provide only insufficient polarization performance.

本願の発明者は、このような反射型である従来のワイヤーグリッド偏光素子とは根本的に異なる技術思想により偏光素子を構築することを意図し、非反射型即ち吸収型とも呼び得る偏光素子を完成させた。本願発明の偏光素子は、反射型ではなく、偏光作用を為す主たる部分が単体金属製ではないので、以下、グリッド偏光素子と呼ぶ。尚、単体金属とは、他の金属以外の原子とは結合していない金属(非錯体金属)のことである。   The inventor of the present application intends to construct a polarizing element based on a technical idea that is fundamentally different from the conventional wire grid polarizing element that is such a reflective type, and a polarizing element that can also be referred to as a non-reflective type, that is, an absorbing type. Completed. The polarizing element of the present invention is not a reflection type, and the main part that performs the polarizing action is not made of a single metal, and is hereinafter referred to as a grid polarizing element. The single metal is a metal (non-complex metal) that is not bonded to atoms other than other metals.

吸収型のグリッド偏光素子は、上記のような金属化合物や誘電体の光吸収を逆に利用し、吸収作用を主たる要因として偏光作用を生じさせるものである。後述するように、光吸収性の材料をグリッドの材料として選定し、グリッドの高さをある程度高くしてアスペクト比を大きくすると、s波を選択的に吸収、減衰させつつp波を透過させることができ、十分な偏光作用が得られる。   Absorptive grid polarizing elements utilize the light absorption of the metal compounds and dielectrics as described above, and cause the polarizing action mainly due to the absorbing action. As will be described later, if a light-absorbing material is selected as the grid material, and the height of the grid is increased to some extent to increase the aspect ratio, the p-wave can be transmitted while the s-wave is selectively absorbed and attenuated. And a sufficient polarization effect can be obtained.

尚、特許文献1〜3では、アルミのような単体金属より成る素子26の上に、吸収層34a及び34bを設けている。特許文献1〜の3の説明に従えば、これら吸収層34a及び34bは、素子26(ワイヤーグリッド)で選択的に反射されたs波を吸収するためのものである(例えば特許文献1では段落0021)。恐らくは、素子26で反射したs波が周囲に悪影響を与えないよう、反射s波を吸収してしまう目的のものであると考えられる。   In Patent Documents 1 to 3, absorption layers 34a and 34b are provided on the element 26 made of a single metal such as aluminum. According to the description in Patent Documents 1 to 3, the absorption layers 34a and 34b are for absorbing s-waves selectively reflected by the element 26 (wire grid) (for example, paragraphs in Patent Document 1). 0021). Probably, it is considered to be for the purpose of absorbing the reflected s-wave so that the s-wave reflected by the element 26 does not adversely affect the surroundings.

この出願の発明は、上述した諸点を考慮して為されたものであり、非反射型(吸収型)のグリッド偏光素子であって、製造が容易であり、紫外線を対象波長とするような酸化が生じ易い条件で使用される場合にも所望の偏光性能が安定して得られる優れたグリッド偏光素子を提供することを解決課題としている。   The invention of this application has been made in consideration of the above-mentioned points, and is a non-reflective (absorptive) grid polarizing element that is easy to manufacture and has an oxidation wavelength that uses ultraviolet light as a target wavelength. It is an object of the present invention to provide an excellent grid polarizing element that can stably obtain desired polarization performance even when used under conditions that cause the occurrence of light.

上記課題を解決するため、本願の請求項1記載の発明は、透明基板と、透明基板上に設けられた縞状のグリッドとより成り、入射する光のうち特定の偏光光を選択的に透過させることで光を偏光させるグリッド偏光素子であって、
グリッドを形成する多数の線状部は、窒化チタン又は及び酸窒化チタンで形成された主たる層を有しており、単体金属の層を含まない非反射型グリッド偏光素子であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項2記載の発明は、前記請求項1の構成において、前記グリッドを形成する各線状部の幅をw、高さをhとしたとき、h/wが3以上であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項3記載の発明は、前記請求項1又は2の構成において、前記線状部は、前記線状部の厚さ方向に光が伝搬する過程で、各線状部の長さ方向に垂直な方向に偏光軸が向いている偏光光に比べて、各線状部の長さ方向に偏光軸が向いている偏光光が多く吸収されることで光を偏光させるものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項4記載の発明は、前記請求項1、2又は3の構成において、前記グリッドを形成する各線状部の離間間隔は、紫外線を偏光させることが可能な間隔であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項5記載の発明は、前記請求項4の構成において、前記グリッドを形成する各線状部の離間間隔は、100nm以上200nm以下であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項6記載の発明は、260nm以下の輝線スペクトルを含む水銀ランプからの光が到達する位置に請求項4又は5記載の非反射型グリッド偏光素子を配置し、この非反射型グリッド偏光素子を透過した偏光光を対象物に照射する紫外線偏光光照射方法であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項7記載の発明は、260nm以下の輝線スペクトルの光を放射する水銀ランプと、
この水銀ランプからの光が到達する位置に配置された請求項4又は5に記載の非反射型グリッド偏光素子と
を備えた紫外線偏光光照射装置であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項8記載の発明は、紫外線を放射する光源から光が到達する位置に請求項4又は5に記載の非反射型グリッド偏光素子を配置し、この非反射型グリッド偏光素子を透過した紫外線偏光光を光配向層用の膜に照射する工程を含む、光配向層付き基板の製造方法であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項9記載の発明は、紫外線光源と、
紫外線光源からの光が到達する位置に配置された請求項4又は5に記載の非反射型グリッド偏光素子と、
この非反射型グリッド偏光素子を透過した偏光光が照射される位置に光配向層用の膜を搬送又は配置する手段と
を備えた光配向装置であるという構成を有する。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 of the present application includes a transparent substrate and a striped grid provided on the transparent substrate, and selectively transmits specific polarized light out of incident light. Grid polarizing element that polarizes light by causing
A large number of linear portions forming the grid have a main layer formed of titanium nitride or titanium oxynitride, and are configured as non-reflective grid polarizing elements that do not include a single metal layer.
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 2 is characterized in that, in the configuration of claim 1, when the width of each linear part forming the grid is w and the height is h, h / w is It has a configuration of 3 or more.
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 3 is the configuration according to claim 1 or 2, wherein the linear portion is formed in a process in which light propagates in the thickness direction of the linear portion. Compared with the polarized light whose polarization axis is oriented in the direction perpendicular to the length direction of the linear portions, the polarized light whose polarization axis is oriented in the length direction of each linear portion is absorbed so that the light is polarized. It has the structure of being a thing.
In order to solve the above problem, the invention according to claim 4 is the configuration according to claim 1, 2, or 3, wherein the spacing between the linear portions forming the grid can polarize ultraviolet rays. It has a configuration of being an interval.
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 5 has a structure in which, in the structure of claim 4, the spacing between the linear portions forming the grid is 100 nm or more and 200 nm or less.
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 6 is arranged such that the non-reflective grid polarizing element according to claim 4 or 5 is disposed at a position where light from a mercury lamp including an emission line spectrum of 260 nm or less reaches. And, it has a configuration that is an ultraviolet polarized light irradiation method of irradiating an object with polarized light transmitted through the non-reflective grid polarizing element.
In order to solve the above problem, the invention according to claim 7 is a mercury lamp that emits light having an emission line spectrum of 260 nm or less;
It has the structure that it is an ultraviolet polarized light irradiation apparatus provided with the non-reflective grid polarizing element of Claim 4 or 5 arrange | positioned in the position where the light from this mercury lamp reaches | attains.
In order to solve the above problems, the invention according to claim 8 is the non-reflective grid polarizing element according to claim 4 or 5 arranged at a position where light reaches from a light source that emits ultraviolet rays. And a method of manufacturing a substrate with a photo-alignment layer, including a step of irradiating a film for photo-alignment layer with ultraviolet polarized light that has passed through a type grid polarizing element.
Moreover, in order to solve the said subject, invention of Claim 9 is an ultraviolet light source,
The non-reflective grid polarizing element according to claim 4 or 5 disposed at a position where light from an ultraviolet light source reaches,
The optical alignment apparatus includes a means for transporting or arranging a film for the photo-alignment layer at a position where the polarized light transmitted through the non-reflective grid polarization element is irradiated.

以下に説明する通り、本願の請求項1記載のグリッド偏光素子によれば、各線状部の主たる層は窒化チタン又は及び酸窒化チタンから形成され、単体金属の層を含まないので、吸収型のモデルで動作するグリッド偏光素子が得られ、且つ酸化し易い環境下で使用されても偏光特性の悪化が問題となることはない。このため、紫外線を対象波長として偏光する場合に特に好適なグリッド偏光素子となる。
また、請求項2記載の発明によれば、上記効果に加え、各線状部のアスペクト比が3以上であるので、吸収型のモデルにおいてより消光比が高くなり、質の良い偏光光が得られる。
また、請求項3記載の発明によれば、上記効果に加え、吸収型のモデルで動作するものであるので、紫外域の光を偏光させるものとして好適なグリッド偏光素子となる。
また、請求項4又は5記載の発明によれば、上記効果に加え、紫外線の偏光光を得ることができる。
また、請求項6又は7記載の発明によれば、上記効果に加え、260nm以下の紫外域において消光比の高い偏光作用が得られるので、強い輝線スペクトルの質の良い偏光光を照射することができる。
また、請求項8又は9記載の発明によれば、高照度の紫外線偏光光の照射しながら光配向を行っても偏光素子の劣化による偏光特性の変化が生じないので、所望の光配向処理の効果を安定して且つ高い生産性で得ることができる。
As described below, according to the grid polarizing element of claim 1 of the present application, the main layer of each linear portion is formed of titanium nitride and titanium oxynitride and does not include a single metal layer. Even if a grid polarizing element that operates in a model is obtained and used in an environment that easily oxidizes, deterioration of polarization characteristics does not become a problem. For this reason, it becomes a grid polarization element especially suitable when polarizing with ultraviolet rays as a target wavelength.
According to the second aspect of the present invention, in addition to the above effects, the aspect ratio of each linear portion is 3 or more, so the extinction ratio is higher in the absorption model, and high-quality polarized light can be obtained. .
According to the third aspect of the invention, in addition to the above-described effect, it operates with an absorption model, so that it is a grid polarizing element suitable for polarizing ultraviolet light.
According to the invention of claim 4 or 5, in addition to the above effects, ultraviolet polarized light can be obtained.
Further, according to the invention described in claim 6 or 7, in addition to the above effect, a polarizing action having a high extinction ratio can be obtained in the ultraviolet region of 260 nm or less, and therefore, it is possible to irradiate polarized light having a strong emission line with good quality. it can.
Further, according to the invention described in claim 8 or 9, since the polarization characteristics do not change due to the deterioration of the polarizing element even if the photo-alignment is performed while irradiating the high-illuminance ultraviolet polarized light, the desired photo-alignment treatment can be performed. The effect can be obtained stably and with high productivity.

本願発明の第一の実施形態に係るグリッド偏光素子の斜視概略図である。1 is a schematic perspective view of a grid polarizing element according to a first embodiment of the present invention. 吸収型のグリッド偏光素子の動作モデルについて示した斜視概略図である。It is the isometric view schematic shown about the operation | movement model of an absorption-type grid polarizing element. 吸収型のグリッド偏光素子の動作モデルについて示した正面概略図である。It is the front schematic which showed about the operation | movement model of the absorption-type grid polarizing element. 第一の実施形態のグリッド偏光素子の好適な製造方法について示した正面断面概略図である。It is the front sectional schematic diagram shown about the suitable manufacturing method of the grid polarizing element of a first embodiment. グリッド偏光素子の実施例について偏光性能を調べたシミュレーションの結果を示した図である。It is the figure which showed the result of the simulation which investigated the polarization performance about the Example of a grid polarizing element. 第二の実施形態のグリッド偏光素子の正面断面概略図である。It is a front sectional schematic diagram of a grid polarization element of a second embodiment. 図7に示す第二の実施形態のグリッド偏光素子の製造方法について示した正面断面概略図である。It is the front cross-sectional schematic shown about the manufacturing method of the grid polarizing element of 2nd embodiment shown in FIG. グリッド偏光素子の他の実施形態の正面断面概略図である。It is a front sectional schematic diagram of other embodiments of a grid polarization element. 実施形態の光配向層付き基板の製造方法の概略を示した図であり、光配向装置の断面概略図である。It is the figure which showed the outline of the manufacturing method of the board | substrate with a photo-alignment layer of embodiment, and is a cross-sectional schematic diagram of a photo-alignment apparatus.

次に、本願発明を実施するための形態(実施形態)について説明する。
まず、グリッド偏光素子の発明の第一の実施形態について説明する。図1は、本願発明の第一の実施形態に係るグリッド偏光素子の斜視概略図である。図1に示すグリッド偏光素子は、透明基板1と、透明基板1上に設けられたグリッド2とから成っている。
Next, modes (embodiments) for carrying out the present invention will be described.
First, a first embodiment of the invention of the grid polarizing element will be described. FIG. 1 is a schematic perspective view of a grid polarizing element according to the first embodiment of the present invention. The grid polarization element shown in FIG. 1 includes a transparent substrate 1 and a grid 2 provided on the transparent substrate 1.

透明基板1は、対象波長(偏光素子を使用して偏光させる光の波長)に対して十分な透過性を有するという意味で「透明」ということである。この実施形態では、紫外線を対象波長として想定しているので、透明基板1の材料としては石英ガラス(例えば合成石英)が採用されている。   The transparent substrate 1 is “transparent” in the sense that it has sufficient transparency with respect to the target wavelength (the wavelength of light polarized using a polarizing element). In this embodiment, since ultraviolet light is assumed as the target wavelength, quartz glass (for example, synthetic quartz) is employed as the material of the transparent substrate 1.

グリッド2は、図1に示すように、平行に延びる多数の線状部21より成る縞(ラインアンドスペース)状のものである。各線状部21は、平面視では線状であるが、図1に示すようにある程度の高さhを有する。また、グリッド2を形成する各線状部21は幅wを有し、各線状部21は間隔(ギャップ幅)tで離間している。グリッド2は、このような各線状部21とその間のギャップという三次元構造によって偏光作用を為すものである。   As shown in FIG. 1, the grid 2 has a stripe (line and space) shape composed of a large number of linear portions 21 extending in parallel. Each linear portion 21 is linear in a plan view, but has a certain height h as shown in FIG. Moreover, each linear part 21 which forms the grid 2 has a width w, and each linear part 21 is separated by an interval (gap width) t. The grid 2 performs a polarizing action by such a three-dimensional structure of each linear portion 21 and a gap therebetween.

このようなグリッド2において、各線状部21の材料としては、この実施形態で窒化チタンが選定されている。各線状部21の材料として窒化チタンは、前述した吸収型のグリッド偏光素子を構成すること、使用条件によらず所望の偏光特性が安定して得られるようにすることを考慮して選定されたものである。   In such a grid 2, titanium nitride is selected as the material of each linear portion 21 in this embodiment. Titanium nitride was selected as a material for each linear portion 21 in consideration of constituting the above-described absorption-type grid polarizing element and stably obtaining desired polarization characteristics regardless of use conditions. Is.

発明者の研究によると、吸収型のグリッド偏光素子を構成するには、各線状部21の材料が適度な大きさの消衰係数(複素屈折率の虚部)kを持つことが必要であるが、窒化チタンの消衰係数kは、例えば200〜380nm程度の紫外域において0.8〜1.6程度であり、吸収型のグリッド2の材料として良好である。   According to the inventor's research, in order to construct an absorption-type grid polarizing element, it is necessary that the material of each linear portion 21 has an appropriate extinction coefficient (imaginary part of complex refractive index) k. However, the extinction coefficient k of titanium nitride is, for example, about 0.8 to 1.6 in the ultraviolet region of about 200 to 380 nm, which is a good material for the absorption grid 2.

また、周知のように窒化チタンは化学的に安定な材料であり、活性な雰囲気に配置されても劣化が生じにくい。発明者が特に注目したのは、オゾンや酸素活性種といった酸化性の化学種に晒されて仮に一部に酸化が生じた場合でも、偏光特性に影響を与える光学的性質の変化が少ないことである。   Further, as is well known, titanium nitride is a chemically stable material and is not easily deteriorated even when placed in an active atmosphere. The inventor paid particular attention to the fact that there is little change in the optical properties that affect the polarization characteristics even if some oxidation occurs due to exposure to oxidizing chemical species such as ozone and oxygen active species. is there.

グリッド偏光素子の偏光特性は、グリッドの寸法形状の他、グリッドを形成する各線状部の光学的性質、特に光学定数(複素屈折率n,k)によって規定される。特に、後述する吸収型のモデルでは、複素屈折率の虚部(消衰係数k)が重要であり、対象波長において適度の消衰係数kを有することが必要である。
ここで、発明者の研究によると、窒化チタンの酸窒化チタンに対するnやkの値の違いは小さく、特に380nm以下の紫外域において違いが小さい。さらに、窒化チタンは、酸化チタンに対してもnやkの値の違いが小さい。ここで、「小さい」というのは、アルミが酸化してアルミナなる場合のように、単体金属とその単体金属の酸化物との間の光学定数の違いに比べて小さいということである。
The polarization characteristics of the grid polarizing element are defined by the optical properties of each linear part forming the grid, in particular the optical constants (complex refractive indexes n, k), in addition to the size and shape of the grid. In particular, in the absorption model described later, the imaginary part (extinction coefficient k) of the complex refractive index is important, and it is necessary to have an appropriate extinction coefficient k at the target wavelength.
Here, according to the inventor's research, the difference in the values of n and k of titanium nitride with respect to titanium oxynitride is small, particularly in the ultraviolet region of 380 nm or less. Furthermore, titanium nitride has a small difference in n and k values with respect to titanium oxide. Here, “small” means that the difference in optical constant between a single metal and an oxide of the single metal is small as in the case where aluminum is oxidized to alumina.

窒化チタンがオゾンや酸素活性種といった酸化性の化学種に晒された場合、一部が酸化して酸窒化チタンに変わることがあり得ると推測される。この場合でも、酸窒化チタンの光学定数は窒化チタンの光学定数に比べて大きな差はないので、偏光性能が大きく損なわれてしまうことはない。即ち、窒化チタン製のグリッドとして設計した寸法(図1に示すt、w及びh)の下で良好な偏光作用が安定して得られる。また、通常はあり得ないと思われるが、窒化チタンが酸化チタンに変化してしまったと仮定しても、光学定数としては大きな変化はなく、したがって窒化チタン製のグリッドとして設計した寸法の下で良好な偏光作用が安定して得られる。   When titanium nitride is exposed to oxidizing chemical species such as ozone and oxygen active species, it is speculated that a portion of the titanium nitride may be oxidized and converted to titanium oxynitride. Even in this case, the optical constant of titanium oxynitride is not significantly different from the optical constant of titanium nitride, so that the polarization performance is not greatly impaired. That is, a favorable polarizing action can be stably obtained under the dimensions designed as a titanium nitride grid (t, w and h shown in FIG. 1). In addition, although it seems that it is not usually possible, even if it is assumed that titanium nitride has changed to titanium oxide, there is no significant change in the optical constant, so under the dimensions designed as a titanium nitride grid Good polarization action can be obtained stably.

また、窒化チタンをグリッド2の材料として選定することには、偏光素子の製造がより容易になるという意義もある。周知のように、窒化チタンは、半導体集積回路素子(各種メモリや論理素子)においでバリア膜(例えば銅拡散防止膜)や電極膜(例えばキャパシタ電極膜)として広く使用されている。このため、窒化チタンによる微細構造の形成技術(膜作成技術やエッチング技術等)は盛んに研究されてきており、実用化された技術として確立している。実施形態のグリッド偏光素子を製造する際、このような半導体プロセスにおいて確立している窒化チタンによる微細構造形成技術を応用することができる。   Further, the selection of titanium nitride as the material of the grid 2 also has the significance that the manufacture of the polarizing element becomes easier. As is well known, titanium nitride is widely used as a barrier film (for example, a copper diffusion prevention film) and an electrode film (for example, a capacitor electrode film) in semiconductor integrated circuit elements (various memories and logic elements). For this reason, a technique for forming a fine structure using titanium nitride (film forming technique, etching technique, etc.) has been actively studied and established as a practical technique. When manufacturing the grid polarizing element of the embodiment, it is possible to apply a fine structure forming technique using titanium nitride established in such a semiconductor process.

特に、グリッド偏光素子の場合、グリッド2におけるギャップ幅(図1のt)を偏光させる光の波長以下とする必要があることから、紫外線を偏光させようとすると、ギャップ幅はより狭くしなければならず、可視光用の偏光素子に比べてより微細な加工が必要となる。グリッド2の材料として新たな材料を選定した場合、そのような材料で必要な微細度を持つグリッド2を形成するための技術をそれぞれ一から開発していく必要に迫られる。一方、窒化チタンの場合、上記のように半導体プロセスにおいて確立している微細加工技術を応用することができるので、製造条件の選定が容易で行え、また製造自体も容易である。   In particular, in the case of a grid polarization element, the gap width (t in FIG. 1) in the grid 2 needs to be equal to or less than the wavelength of light to be polarized. Therefore, when the ultraviolet light is polarized, the gap width must be narrower. In addition, finer processing is required as compared with a polarizing element for visible light. When a new material is selected as the material of the grid 2, it is necessary to develop a technique for forming the grid 2 having the necessary fineness with such a material from scratch. On the other hand, in the case of titanium nitride, since the fine processing technology established in the semiconductor process as described above can be applied, the selection of manufacturing conditions can be easily performed, and the manufacturing itself is also easy.

また、特許文献1〜3に開示されたワイヤーグリッド偏光素子と比べた場合、実施形態のグリッド偏光素子は、別の観点で製造がより容易であるという優位性を有する。特許文献1〜3のワイヤーグリッド偏光素子は、単体金属で形成された素子26の上に誘電体の多層膜を設けた構造となっている。アルミや銅といった単体金属は、一般的に難加工材であり、エッチング処理が難しい。   Moreover, when compared with the wire grid polarizing element disclosed in Patent Documents 1 to 3, the grid polarizing element of the embodiment has an advantage that it is easier to manufacture from another viewpoint. The wire grid polarizing elements of Patent Documents 1 to 3 have a structure in which a dielectric multilayer film is provided on an element 26 made of a single metal. Single metals such as aluminum and copper are generally difficult to process and are difficult to etch.

特許文献1〜3において、素子26はグリッドであるので、微細構造とする必要があり、エッチングにより縞状のパターンとする必要がある。この場合、上側の誘電体多層膜をエッチングして縞状とした後、さらに単体金属層をエッチングして素子26を形成することになるが、単体金属のエッチングでは、反応性の高いエッチャントを使用する必要がある。この際、レジストが消耗し、上側の誘電体多層膜が削られてしまう可能性もあり、適切なエッチング条件の選定は容易ではない。さらに、単体金属層をエッチングして素子26を形成した際、エッチングにより放出された金属材料が誘電体多層膜の側面に残渣として付着する問題もあり、設計上の光学的構造とは大きく異なってしまうことがあり得る。   In Patent Documents 1 to 3, since the element 26 is a grid, it is necessary to have a fine structure and to form a striped pattern by etching. In this case, the upper dielectric multilayer film is etched to form stripes, and then the single metal layer is further etched to form the element 26. In the etching of the single metal, a highly reactive etchant is used. There is a need to. At this time, there is a possibility that the resist is consumed and the upper dielectric multilayer film may be scraped off, and it is not easy to select appropriate etching conditions. Further, when the element 26 is formed by etching the single metal layer, there is a problem that the metal material released by the etching adheres as a residue to the side surface of the dielectric multilayer film, which is greatly different from the optical structure in design. It can happen.

一方、実施形態のグリッド偏光素子では、透明基板1の上に窒化チタンから成るグリッド2を設ければ良いので、異種材料を積層したグリッド構造を得る際の困難性とは無縁である。窒化チタンのエッチングは、例えば四フッ化炭素(CF)をエッチャントとして使用したドライプロセス(反応性イオンエッチング)で実現でき、エッチング条件の選定にさしたる困難性はない。 On the other hand, in the grid polarizing element of the embodiment, the grid 2 made of titanium nitride may be provided on the transparent substrate 1, so that there is no difficulty in obtaining a grid structure in which different materials are laminated. Etching of titanium nitride can be realized by a dry process (reactive ion etching) using, for example, carbon tetrafluoride (CF 4 ) as an etchant, and there is no difficulty in selecting etching conditions.

次に、このような窒化チタン製のグリッド2において実現される吸収型の偏光作用のモデルについて、補足的に説明する。図2及び図3は、吸収型のグリッド偏光素子の動作モデルについて示した概略図であり、図2は斜視概略図、図3は正面概略図である。図2及び図3において、便宜上、光は紙面上の上から下に伝搬するものとし、この方向をz方向とする。また、グリッド2の各線状部21が延びる方向をy方向とし、従ってs偏光光(図2にLsで示す)は、電界成分Eyを持つ。このs偏光光の磁界成分(不図示)はx方向となる(Hx)。   Next, an absorption-type polarization action model realized in such a titanium nitride grid 2 will be supplementarily described. 2 and 3 are schematic views showing an operation model of the absorption type grid polarizing element, FIG. 2 is a schematic perspective view, and FIG. 3 is a schematic front view. 2 and 3, for the sake of convenience, it is assumed that light propagates from the top to the bottom on the paper surface, and this direction is the z direction. Further, the direction in which each linear portion 21 of the grid 2 extends is the y direction, and therefore the s-polarized light (indicated by Ls in FIG. 2) has an electric field component Ey. The magnetic field component (not shown) of this s-polarized light is in the x direction (Hx).

このようなs偏光光がグリッド偏光素子のグリッド2にさしかかると、s偏光光の電界Eyは、各線状部21の誘電率によって弱められる。一方、各線状部21の間の媒質は、空気である場合が多いが、一般的にグリッド2より誘電率が小さいので、各線状部21の間の空間では電界Eyは各線状部21内ほどは弱められない。   When such s-polarized light reaches the grid 2 of the grid polarizing element, the electric field Ey of the s-polarized light is weakened by the dielectric constant of each linear portion 21. On the other hand, the medium between the linear portions 21 is often air, but generally has a dielectric constant smaller than that of the grid 2, so that the electric field Ey in the space between the linear portions 21 is as much as in the linear portions 21. Can not be weakened.

この結果、x−y平面内において電界Eyの回転成分が生じる。そして、ファラデーの電磁誘導に対応する以下のマクスウェル方程式(式1)により、このx−y平面での回転の強さに応じて、z方向において二つの互いに逆向きの磁界Hzが誘起される。

Figure 2015125280

即ち、各線状部21間の中央の電界Eyの最も高いところを境に、一方の側ではHzは光の伝搬方向前方に向き、他方の側ではHzは後方を向く。ここで、図2では省略されているが、x方向の磁界HxはEyと同位相で、x軸負の側を向いて存在している。このx方向磁界成分Hxは、生成されたz方向成分Hzに引っ張られ、波打つように変形する。 As a result, a rotation component of the electric field Ey is generated in the xy plane. Then, according to the following Maxwell equation (Formula 1) corresponding to Faraday's electromagnetic induction, two mutually opposite magnetic fields Hz are induced in the z direction in accordance with the strength of rotation in the xy plane.
Figure 2015125280

That is, on the one side, Hz is directed forward in the light propagation direction, and on the other side, Hz is directed backward, with the central electric field Ey between the linear portions 21 being the highest. Here, although omitted in FIG. 2, the magnetic field Hx in the x direction has the same phase as Ey and exists toward the negative side of the x axis. The x-direction magnetic field component Hx is pulled by the generated z-direction component Hz and deforms so as to wave.

このような磁界成分Hxの波打ち(回転)が生じると、アンペール・マクスウェルの法則に対応するマクスウェル方程式(式2)により、さらに図2のy方向に電界が発生する。

Figure 2015125280

この様子が、図3において模式的に示されており、x方向磁界成分Hxの波打ち(回転)により新たに電界Eyが発生する様子が模式的に示されている。 When such undulation (rotation) of the magnetic field component Hx occurs, an electric field is further generated in the y direction in FIG. 2 by the Maxwell equation (Equation 2) corresponding to Ampere-Maxwell's law.
Figure 2015125280

This state is schematically shown in FIG. 3, and a state in which an electric field Ey is newly generated by the wave (rotation) of the x-direction magnetic field component Hx is schematically shown.

図3に示すように、x−z面内での磁界成分Hxの波打ち(回転)により、各線状部21内では図3の紙面手前側に向いた電界Eyが発生し、各線状部21の間においては紙面奥側に向いた電界Eyが発生する。この場合、入射したs偏光光の元の電界Eyは紙面手前側に向いているから、線状部21間の電界は、上記磁界の回転により打ち消され、波動が分断するように作用する。結果として、電界Eyがグリッド2において各線状部21内に局在し、線状部21の材料に応じた吸収によりs偏光光のエネルギーがグリッド2内を伝播しながら消失していく。   As shown in FIG. 3, due to the undulation (rotation) of the magnetic field component Hx in the xz plane, an electric field Ey directed toward the front side of the page of FIG. In the meantime, an electric field Ey directed toward the back side of the paper surface is generated. In this case, since the original electric field Ey of the incident s-polarized light is directed toward the front side of the page, the electric field between the linear portions 21 is canceled by the rotation of the magnetic field, and acts so that the wave is divided. As a result, the electric field Ey is localized in each linear portion 21 in the grid 2, and the energy of the s-polarized light disappears while propagating through the grid 2 due to absorption according to the material of the linear portion 21.

一方、p偏光光については、電界成分はx方向に向いているが(Ex)、y方向で見たとき、誘電率の分布は一様であるため、前述したような電界の回転成分は実質的に生じない。従って、s偏光光のような電界のグリッド2内での局在化、各線状部21内での減衰は、p偏光光には生じない。つまり、s偏光光について磁界成分Hxの波打ち(回転)を生じさせることで電界Eyを各線状部21内に局在させ、各線状部21内での吸収によりs偏光光を選択的に減衰させていくのが、この実施形態のグリッド偏光素子で採用されている吸収型の動作モデルである。このような吸収型の動作モデルは、可視域の光の偏光用にも使用できるが、グリッド材料において吸収が多くなり易い紫外域の光の偏光用に好適に用いることができる。   On the other hand, for p-polarized light, the electric field component is oriented in the x direction (Ex), but when viewed in the y direction, the dielectric constant distribution is uniform, so the electric field rotation component as described above is substantially Does not occur. Therefore, the localization of the electric field such as s-polarized light in the grid 2 and the attenuation in each linear portion 21 do not occur in the p-polarized light. That is, the electric field Ey is localized in each linear portion 21 by causing the magnetic field component Hx to wave (rotate) with respect to the s-polarized light, and the s-polarized light is selectively attenuated by absorption in each linear portion 21. What is going on is an absorptive operation model employed in the grid polarizing element of this embodiment. Although such an absorption-type operation model can be used for polarization of light in the visible range, it can be suitably used for polarization of light in the ultraviolet range where absorption is likely to increase in the grid material.

このような吸収型で動作するグリッド偏光素子の場合、グリッド2の各線状部21のアスペクト比(図1におけるh/w)は、より大きいこと方が好ましい。図2や図3から解るように、s波が各線状部21で吸収されることによる減衰は、s波の伝搬方向即ち各線状部21の高さ方向で生じ、アスペクト比が高い方がよりs波の減衰が大きくなるから(即ち消光比が高くなるから)である。一例を示すと、窒化チタン又は酸窒化チタンから成るグリッド2の場合、アスペクト比は3以上であることが好ましく、5以上であるとより好ましい。
より具体的な寸法について説明すると、例えば200〜380nmの近紫外線を偏光する用途の場合、各線状部21の幅wは15〜50nm程度、高さは70〜300nm程度で、アスペクト比は5〜15nm程度とされる。偏光性能に大きく影響するギャップ幅tは30〜150nm程度とされる(紫外線を偏光させる場合)。
In the case of such a grid polarizing element operating in the absorption type, it is preferable that the aspect ratio (h / w in FIG. 1) of each linear portion 21 of the grid 2 is larger. As can be seen from FIG. 2 and FIG. 3, attenuation due to absorption of the s-wave by each linear portion 21 occurs in the propagation direction of the s-wave, that is, the height direction of each linear portion 21, and the higher the aspect ratio is, the more the aspect ratio is. This is because the attenuation of the s-wave increases (that is, the extinction ratio increases). For example, in the case of the grid 2 made of titanium nitride or titanium oxynitride, the aspect ratio is preferably 3 or more, and more preferably 5 or more.
More specific dimensions will be described. For example, in the case of the application of polarizing near ultraviolet rays of 200 to 380 nm, the width w of each linear portion 21 is about 15 to 50 nm, the height is about 70 to 300 nm, and the aspect ratio is 5 to 5. It is about 15 nm. The gap width t that greatly affects the polarization performance is about 30 to 150 nm (in the case of polarizing ultraviolet light).

次に、このような第一の実施形態のグリッド偏光素子の好適な製造方法について説明する。図4は、第一の実施形態のグリッド偏光素子の好適な製造方法について示した正面断面概略図である。
グリッド偏光素子は、前述したように薄膜作成とフォトリソグラフィの技術を利用して製造される。実施形態のグリッド偏光素子は紫外線の偏光用となっており、高アスペクト比のグリッド構造を得るため、図4に示す製造方法は、犠牲層と呼ばれる層を一時的に形成する方法となっている。
Next, the suitable manufacturing method of such a grid polarizing element of 1st embodiment is demonstrated. FIG. 4 is a schematic front sectional view showing a preferred method for manufacturing the grid polarizing element of the first embodiment.
As described above, the grid polarizing element is manufactured using thin film formation and photolithography techniques. The grid polarizing element of the embodiment is for ultraviolet light polarization, and in order to obtain a grid structure with a high aspect ratio, the manufacturing method shown in FIG. 4 is a method of temporarily forming a layer called a sacrificial layer. .

具体的に説明すると、透明基板1に対して犠牲層となる材料で薄膜30を作成する(図4(1))。そして、レジスト塗布、露光、現像を行った後、レジストパターンをマスクにしたエッチングを行い、犠牲層31を形成する(図4(2))。犠牲層31も、グリッドと同様、縞状である。   More specifically, the thin film 30 is made of a material that becomes a sacrificial layer with respect to the transparent substrate 1 (FIG. 4A). Then, after performing resist coating, exposure, and development, etching using the resist pattern as a mask is performed to form a sacrificial layer 31 (FIG. 4B). The sacrificial layer 31 is also striped like the grid.

そして、犠牲層31を覆うようにしてグリッド用の窒化チタン薄膜20を作成する(図4(3))。窒化チタン薄膜20は、各犠牲層31の上面及び側面、透明基板1の露出面に形成される。
次に、異方性エッチングによって、窒化チタン薄膜20を選択的に除去する。エッチャントは、電界によって方向付けされ、各犠牲層31の高さ方向に沿って侵入する。このため、各犠牲層31の上面及び透明基板1の露出面で窒化チタン薄膜20が除去され、各犠牲層31の側面でのみ窒化チタン薄膜20が残留する(図4(4))。
And the titanium nitride thin film 20 for grids is created so that the sacrificial layer 31 may be covered (FIG. 4 (3)). The titanium nitride thin film 20 is formed on the upper and side surfaces of each sacrificial layer 31 and the exposed surface of the transparent substrate 1.
Next, the titanium nitride thin film 20 is selectively removed by anisotropic etching. The etchant is directed by the electric field and penetrates along the height direction of each sacrificial layer 31. For this reason, the titanium nitride thin film 20 is removed on the upper surface of each sacrificial layer 31 and the exposed surface of the transparent substrate 1, and the titanium nitride thin film 20 remains only on the side surfaces of each sacrificial layer 31 (FIG. 4 (4)).

その後、犠牲層31のみを除去できるエッチャントを使用してエッチングを行うと、透明基板1の上に窒化チタン製の各線状部21が形成されたグリッド2が得られ、その後、洗浄工程などを経てグリッド偏光素子が完成する(図4(5))。
尚、犠牲層31の材料としては、窒化チタン薄膜20のエッチングの際のエッチャントに対して耐性があり、各線状部21の形成後にエッチングによって選択的に除去できるものであれば、特に制限なく選定することができる。例えば、シリコンが犠牲層31の材料として選定される。
Thereafter, when etching is performed using an etchant capable of removing only the sacrificial layer 31, the grid 2 in which the respective linear portions 21 made of titanium nitride are formed on the transparent substrate 1 is obtained. A grid polarizing element is completed (FIG. 4 (5)).
The material of the sacrificial layer 31 is not particularly limited as long as it is resistant to an etchant during etching of the titanium nitride thin film 20 and can be selectively removed by etching after the formation of each linear portion 21. can do. For example, silicon is selected as the material for the sacrificial layer 31.

上記製造方法において、寸法精度の良いグリッド2を得るには、各犠牲層31の側面に対して十分なそして制御された膜厚で窒化チタン薄膜20を作成することが重要である。このため、成膜方法としては、ALD(Atomic Layer Deposition,原子層蒸着法)が好適に採用される。
具体的には、原料ガスとしては、四塩化チタン(TiCl)のようなチタン錯体が使用され、高周波誘導結合プラズマ中で発生させた第一の前駆ガスを透明基板1上に到達させて吸着させ、飽和により単原子層を形成する。そして、不活性ガスパージにより余分な原料ガスを除去した後、同様に高周波誘導結合プラズマ中で発生させた第二の前駆ガスを透明基板1上に到達させて反応を完成させる。このプロセスを繰り返し、一原子層ごとに膜を成長させる。繰り返しの回数は、作成する窒化チタン薄膜20の厚さによるが、例えば500〜1500回程度とされる。
ALDの場合、表面での吸着と飽和(自己停止)を利用するので、犠牲層31の側面のような微細構造の内面に対して十分に成膜でき、且つ繰り返しの回数を定義選定することで膜厚を精度良く制御できる長所がある。このため、実施形態のグリッド偏光素子の製造において好適に使用される。
In the above manufacturing method, in order to obtain the grid 2 with good dimensional accuracy, it is important to form the titanium nitride thin film 20 with a sufficient and controlled film thickness on the side surface of each sacrificial layer 31. For this reason, ALD (Atomic Layer Deposition) is preferably employed as the film forming method.
Specifically, a titanium complex such as titanium tetrachloride (TiCl 4 ) is used as the source gas, and the first precursor gas generated in the high frequency inductively coupled plasma reaches the transparent substrate 1 for adsorption. And form a monoatomic layer by saturation. And after removing excess source gas by inert gas purge, the 2nd precursor gas similarly generated in the high frequency inductively coupled plasma is made to reach on the transparent substrate 1, and a reaction is completed. This process is repeated to grow a film for each atomic layer. The number of repetitions depends on the thickness of the titanium nitride thin film 20 to be created, but is, for example, about 500 to 1500 times.
In the case of ALD, since adsorption and saturation (self-stop) on the surface are used, a film can be sufficiently formed on the inner surface of the fine structure such as the side surface of the sacrificial layer 31, and the number of repetitions can be defined and selected. There is an advantage that the film thickness can be accurately controlled. For this reason, it uses suitably in manufacture of the grid polarizing element of embodiment.

次に、上記のような実施形態のグリッド偏光素子の一例(実施例)について、偏光性能を調べたシミュレーションの結果を説明する。図5は、グリッド偏光素子の実施例について偏光性能を調べたシミュレーションの結果を示した図である。
このシミュレーションでは、グリッド2が窒化チタン製であり、各線状部21の幅wは20nm、高さhは170nm、ギャップ幅tは70nmとしてグリッド偏光素子を構成した場合、各波長における透過率TRと消光比ERを計算により求めた。また、比較のため、酸化チタンをグリッドの材料とし、各寸法は全く同じとした場合の透過率TRと消光比ERも同様に求めた。透過率や消光比の算出には光学定数が必要であるが、窒化チタンや酸化チタンの光学定数は、フランスのSOPRA社(Sopra S.A., 26 Rue Pierre Joigneaux Bois-Colombes 92270 FRANCE)が公開しているN&Kデータベースに開示された値を用いた。尚、シミュレーションは、RCWA(Rigorous Coupled-Wave Analysis)法に従ったものであり、アメリカ国立標準技術研究所(NIST)が配布しているソフトウェア(http://physics.nist.gov/Divisions/Div844/facilities/scatmech/html/grating.htm)を使用して行われた。
Next, the result of the simulation which investigated polarization | polarized-light performance is demonstrated about an example (Example) of the grid polarizing element of the above embodiments. FIG. 5 is a diagram showing the results of a simulation in which the polarization performance was examined for an example of a grid polarizing element.
In this simulation, when the grid 2 is made of titanium nitride, the width w of each linear portion 21 is 20 nm, the height h is 170 nm, and the gap width t is 70 nm, and the grid polarizing element is configured, the transmittance TR at each wavelength and The extinction ratio ER was calculated. For comparison, the transmittance TR and the extinction ratio ER were also obtained in the same manner when titanium oxide was used as the grid material and the dimensions were exactly the same. Optical constants are required to calculate the transmittance and extinction ratio, but the optical constants of titanium nitride and titanium oxide are published by SOPRA, France (Sopra SA, 26 Rue Pierre Joigneaux Bois-Colombes 92270 FRANCE). Values disclosed in the N & K database were used. The simulation is in accordance with the RCWA (Rigorous Coupled-Wave Analysis) method, and software distributed by the National Institute of Standards and Technology (NIST) (http://physics.nist.gov/Divisions/Div844 /facilities/scatmech/html/grating.htm).

図5中の(1)は透過率TRを示し、(2)は消光比ERを示す。各々、横軸は波長(nm)である。尚、図5(2)の縦軸は対数目盛である。図5(1)中、TR_TiNとあるのは、窒化チタン製グリッドの場合の透過率、TR_TiO2とあるのは、酸化チタン製グリッドの場合の透過率である。図5(2)中、ER_TiNとあるのは窒化チタン製グリッドの場合の消光比、ER_TiO2とあるのは、酸化チタン製グリッドの場合の消光比である。
図5(1)に示すように、300〜390nmの波長域では、酸化チタン製のグリッドの方が高い透過率を示しているが、250〜300nm程度の波長域では、窒化チタン製のグリッドは酸化チタン製のグリッドの場合とほぼ同様の透過率となっている。
In FIG. 5, (1) indicates the transmittance TR, and (2) indicates the extinction ratio ER. In each case, the horizontal axis is the wavelength (nm). In addition, the vertical axis | shaft of FIG. 5 (2) is a logarithmic scale. In FIG. 5 (1), TR_TiN is the transmittance in the case of a titanium nitride grid, and TR_TiO2 is the transmittance in the case of a titanium oxide grid. In FIG. 5 (2), ER_TiN is an extinction ratio in the case of a titanium nitride grid, and ER_TiO2 is an extinction ratio in the case of a titanium oxide grid.
As shown in FIG. 5 (1), in the wavelength range of 300 to 390 nm, the grid made of titanium oxide shows higher transmittance, but in the wavelength range of about 250 to 300 nm, the grid made of titanium nitride is The transmittance is almost the same as that of the grid made of titanium oxide.

また、図5(2)に示すように、300〜390nm程度の波長域において、窒化チタン製のグリッドの場合には酸化チタン製のグリッドの比べて若干高い消光比を示している。260〜300nmの範囲では、逆に酸化チタン製のグリッドの方が若干消光比が高くなっているものの、260nm以下では逆転しており、窒化チタン製のグリッドの方が高くなっている。
尚、消光比は、7〜8程度以上あれば十分であるとされる場合も多く、窒化チタン製のグリッドは、320〜390nm程度の範囲でも十分に使用可能である。
Further, as shown in FIG. 5 (2), in the wavelength region of about 300 to 390 nm, the grid made of titanium nitride shows a slightly higher extinction ratio than the grid made of titanium oxide. In the range of 260 to 300 nm, on the contrary, the titanium oxide grid has a slightly higher extinction ratio, but it is reversed at 260 nm or less, and the titanium nitride grid is higher.
The extinction ratio of about 7 to 8 or more is often sufficient, and the titanium nitride grid can be used sufficiently even in the range of about 320 to 390 nm.

このように、窒化チタン製のグリッドと酸化チタン製のグリッドでは、波長により優劣はあるが、総じてほぼ同様の偏光性能が得られることがシミュレーションにより示されている。図5では、酸窒化チタン製のグリッドの場合は示されていないが、同様に大差のない偏光性能が得られると容易に推測できる。
但し、260nm以下の波長域における窒化チタン製のグリッドの消光比は、酸化チタン製のグリッドの場合に比べて高くなっている。したがって、この波長域の光を偏光させる用途、特に消光比の高い偏光光が必要な用途においては、窒化チタン製のグリッドは大きな優位性を有するとして良い。
いずれにしても、これらのシミュレーション結果は、窒化チタン製のグリッド又は酸窒化チタン製のグリッドによれば、一部に酸化が生じても偏光特性の大きな劣化はなく、良好な偏光性能が安定して得られることを示している。
As described above, the simulation shows that the titanium nitride grid and the titanium oxide grid have almost the same polarization performance, although the wavelength is superior or inferior depending on the wavelength. In FIG. 5, the case of a grid made of titanium oxynitride is not shown, but it can be easily estimated that polarization performance with no great difference can be obtained.
However, the extinction ratio of the grid made of titanium nitride in the wavelength region of 260 nm or less is higher than that of the grid made of titanium oxide. Therefore, in applications that polarize light in this wavelength range, particularly applications that require polarized light with a high extinction ratio, the titanium nitride grid may have a great advantage.
In any case, these simulation results show that, according to the grid made of titanium nitride or the grid made of titanium oxynitride, there is no significant deterioration in polarization characteristics even if oxidation occurs in part, and good polarization performance is stabilized. It is shown that it can be obtained.

尚、前述したように、窒化チタン薄膜は、例えば四塩化チタン(TiCl)を原料ガスとしたALDで作成されるが、より具体的な条件を示すと、原料ガスを活性化させるプラズマとしては、放電空間での投入電力が300〜1000W程度の高周波プラズマが使用される。成膜時の透明基板の温度は200〜600℃であり、パージガスとしては窒素が使用される。一原子層の積み重ねの回数(繰り返しの回数)は、500〜1500回程度であり、作成される窒化チタン薄膜の膜厚は12〜36nm程度とされる。 As described above, the titanium nitride thin film is formed by ALD using, for example, titanium tetrachloride (TiCl 4 ) as a raw material gas. However, when more specific conditions are shown, as a plasma for activating the raw material gas, A high-frequency plasma having an input power in the discharge space of about 300 to 1000 W is used. The temperature of the transparent substrate during film formation is 200 to 600 ° C., and nitrogen is used as the purge gas. The number of stacked atomic layers (the number of repetitions) is about 500 to 1500, and the thickness of the titanium nitride thin film to be formed is about 12 to 36 nm.

次に、第二の実施形態のグリッド偏光素子について説明する。図6は、第二の実施形態のグリッド偏光素子の正面断面概略図である。
図6に示す第二の実施形態のグリッド偏光素子は、グリッド2を形成する各線状部21において、主たる層21aが酸窒化チタンで形成されている。図6に示すように、各線状部21は、内部に従たる層21bを有し、この層21bは酸化チタンで形成されている。図6に示すように、酸化チタンである従たる層21bは、線状部21全体の断面積に対して50%未満であり、したがって50%未満の体積である。
Next, the grid polarizing element of 2nd embodiment is demonstrated. FIG. 6 is a schematic front sectional view of the grid polarizing element of the second embodiment.
In the grid polarizer of the second embodiment shown in FIG. 6, the main layer 21 a is formed of titanium oxynitride in each linear portion 21 that forms the grid 2. As shown in FIG. 6, each linear portion 21 has a layer 21b that follows the inside, and this layer 21b is formed of titanium oxide. As shown in FIG. 6, the subordinate layer 21 b made of titanium oxide is less than 50% with respect to the cross-sectional area of the entire linear portion 21, and thus has a volume of less than 50%.

図7は、図6に示す第二の実施形態のグリッド偏光素子の製造方法について示した正面断面概略図である。
第二の実施形態のグリッド偏光素子を製造する場合、同様に透明基板1に対して犠牲層となる材料で薄膜30を作成する(図7(1))。そして、レジスト塗布、露光、現像を行い、レジストパターンをマスクにしたエッチングを行い、犠牲層31を形成する(図7(2))。
FIG. 7 is a schematic front sectional view showing a method for manufacturing the grid polarizer of the second embodiment shown in FIG.
When manufacturing the grid polarizing element of 2nd embodiment, the thin film 30 is similarly produced with the material used as a sacrificial layer with respect to the transparent substrate 1 (FIG. 7 (1)). Then, resist application, exposure, and development are performed, and etching using the resist pattern as a mask is performed to form a sacrificial layer 31 (FIG. 7B).

そして、犠牲層31を覆うようにしてグリッド用の酸化チタン薄膜40を作成する(図7(3))。酸化チタン薄膜40は、各犠牲層31の上面及び側面、透明基板1の露出面に形成される。
次に、異方性エッチングによって、酸化チタン薄膜40を選択的に除去する。同様に、エッチャントを電界によって方向付けし、各犠牲層31の上面及び透明基板1の露出面で酸化チタン薄膜40を除去し、各犠牲層31の側面でのみ酸化チタン薄膜40を残留させる(図7(4))。
And the titanium oxide thin film 40 for grids is created so that the sacrificial layer 31 may be covered (FIG. 7 (3)). The titanium oxide thin film 40 is formed on the upper and side surfaces of each sacrificial layer 31 and the exposed surface of the transparent substrate 1.
Next, the titanium oxide thin film 40 is selectively removed by anisotropic etching. Similarly, the etchant is directed by an electric field, the titanium oxide thin film 40 is removed on the upper surface of each sacrificial layer 31 and the exposed surface of the transparent substrate 1, and the titanium oxide thin film 40 is left only on the side surface of each sacrificial layer 31 (FIG. 7 (4)).

その後、同様に犠牲層31のみを除去できるエッチャントを使用してエッチングを行い、透明基板1の上に酸化チタンより成る各線状部41が形成された状態とする(図7(5))。
その上で、各線状部41に対し窒化処理を施し、酸窒化チタンより成る主たる層21aと酸化チタンより成る従たる層21bで各線状部21が形成されるようにする。例えば、各線状部41を窒素プラズマに晒し、プラズマ中の窒素イオンや窒素活性種の作用により窒化処理する方法が採用される。窒化は、各線状部41の表面から生じるが、各線状部41はナノオーダーサイズの微細なものであり、ある程度の時間、窒素プラズマに晒すことで、各線状部41の内部まで窒化することができ、50%以上の断面積において酸窒化チタンより成る層21aが形成された状態とすることができる。その後、同様に洗浄工程等を経ることで最終的にグリッド偏光素子が完成する(図7(6))。
Thereafter, etching is similarly performed using an etchant that can remove only the sacrificial layer 31, so that the linear portions 41 made of titanium oxide are formed on the transparent substrate 1 (FIG. 7 (5)).
After that, each linear portion 41 is subjected to nitriding treatment so that each linear portion 21 is formed of a main layer 21a made of titanium oxynitride and a subordinate layer 21b made of titanium oxide. For example, a method is adopted in which each linear portion 41 is exposed to nitrogen plasma and subjected to nitriding treatment by the action of nitrogen ions or nitrogen active species in the plasma. Nitriding occurs from the surface of each linear portion 41, but each linear portion 41 is a nano-sized fine one, and can be nitrided to the inside of each linear portion 41 by being exposed to nitrogen plasma for a certain period of time. In other words, the layer 21a made of titanium oxynitride can be formed in a cross-sectional area of 50% or more. Thereafter, the grid polarization element is finally completed through the cleaning process and the like (FIG. 7 (6)).

この第二の実施形態のグリッド偏光素子においても、グリッド2を形成する各線状部21は、適度な光吸収特性を有し化学的に安定な酸窒化チタンより成る層を主たる層21aとして有するので、吸収型のモデルで動作するグリッド偏光素子が得られ、且つ酸化し易い環境下で使用されても偏光特性の悪化が問題となることはない。このため、紫外線を対象波長として偏光する場合に特に好適なグリッド偏光素子となる。   Also in the grid polarizing element of the second embodiment, each linear portion 21 forming the grid 2 has a layer made of chemically stable titanium oxynitride as a main layer 21a having appropriate light absorption characteristics. A grid polarizing element that operates in an absorption model can be obtained, and even if it is used in an environment that easily oxidizes, deterioration of polarization characteristics does not become a problem. For this reason, it becomes a grid polarization element especially suitable when polarizing with ultraviolet rays as a target wavelength.

また、酸化チタンで各線状部41を形成した後に窒化処理することで酸窒化チタン製のグリッド21を得ているので、製造プロセスはシンプルであり、単体金属層を含む異種材料の多層膜をエッチングするような困難性はない。尚、線状部41の内部すべてが窒化される場合もあり、この場合は酸窒化チタンより成る主たる層21aのみで各線状部21が形成されることになる。
また、上記製造方法において、酸化チタン薄膜40の作成についてもALDが好適に採用でき、四塩化チタン(TiCl)などを原料ガスとして用いることができる。また、窒化チタンの場合と同様、酸化チタンについても、半導体プロセスにおいて確立されている各種微細加工技術を応用することができる。
Moreover, since the grid 21 made of titanium oxynitride is obtained by nitriding after forming each linear portion 41 with titanium oxide, the manufacturing process is simple and etching a multilayer film of different materials including a single metal layer. There is no difficulty to do. Note that the entire inside of the linear portion 41 may be nitrided, and in this case, each linear portion 21 is formed only by the main layer 21a made of titanium oxynitride.
In the above manufacturing method, ALD can also be suitably employed for the production of the titanium oxide thin film 40, and titanium tetrachloride (TiCl 4 ) or the like can be used as a source gas. Further, as in the case of titanium nitride, various fine processing techniques established in the semiconductor process can be applied to titanium oxide.

尚、上記第二の実施形態では、グリッド用の薄膜として酸化チタン薄膜40を作成し、これを窒化処理することで酸窒化チタンより成る主たる層21aを形成したが、グリッド用の薄膜として窒化チタン薄膜を作成し、これを酸化処理して酸窒化チタンより成る主たる層を形成しても良い。酸化処理には、例えば高周波放電より形成した酸素プラズマに晒して行う酸素プラズマ処理を採用することができる。また、この場合、酸化処理は窒化チタンの表面領域のみであり、他の領域は窒化チタンのままとする場合もある。   In the second embodiment, the titanium oxide thin film 40 is prepared as a thin film for a grid, and the main layer 21a made of titanium oxynitride is formed by nitriding this. However, the titanium nitride thin film is formed as a thin film for a grid. A main layer made of titanium oxynitride may be formed by forming a thin film and oxidizing it. For the oxidation treatment, for example, oxygen plasma treatment performed by exposure to oxygen plasma formed by high-frequency discharge can be employed. In this case, the oxidation treatment is performed only on the surface region of titanium nitride, and other regions may be left as titanium nitride.

次に、グリッド偏光素子の他の実施形態について説明する。図8は、グリッド偏光素子の他の実施形態の正面断面概略図である。
本願発明のグリッド偏光素子は、上述した第一第二の実施形態の他にも、種々の形態として実施し得る。例えば、図8(a)に示すように、各線状部21が上下二つの層から形成されており、一方が窒化チタンより成る第一の層211、他方が酸窒化チタンより成る第二の層212とすることができる。この場合、第一の層211と第二の層212とは逆であっても良い。
Next, another embodiment of the grid polarizing element will be described. FIG. 8 is a schematic front sectional view of another embodiment of a grid polarizing element.
The grid polarizing element of the present invention can be implemented in various forms other than the first and second embodiments described above. For example, as shown in FIG. 8A, each linear portion 21 is formed of two upper and lower layers, one of which is a first layer 211 made of titanium nitride, and the other is a second layer made of titanium oxynitride. 212. In this case, the first layer 211 and the second layer 212 may be reversed.

また、図8(b)に示すように、窒化チタンより成る第一の層213と酸窒化チタンより成る第二の層214とが接触して横に並べて設けられ、二つの層213,214で一つの線状部21が形成された構造とすることもできる。
さらに、図8(c)に示すように、窒化チタンより成る第一の層215の両側に酸窒化チタンより成る第二の層216,217が設けられ、各層215,216,217が互いに接触した状態とされた構造であっても良い。この場合も、第一の層215と第二の層216,217の関係が逆であっても良い。
尚、これら図8に示す各実施形態は、窒化チタンの層と酸窒化チタンの層とで主たる層が形成されている実施形態である。つまり、主たる層は、窒化チタンのみで形成されていても良いし、酸窒化チタンのみで形成されていても良いし、両者で形成されていても良い。
Further, as shown in FIG. 8B, a first layer 213 made of titanium nitride and a second layer 214 made of titanium oxynitride are provided side by side in contact with each other. A structure in which one linear portion 21 is formed may be employed.
Further, as shown in FIG. 8C, second layers 216, 217 made of titanium oxynitride are provided on both sides of the first layer 215 made of titanium nitride, and the layers 215, 216, 217 are in contact with each other. The structure may be a state. Also in this case, the relationship between the first layer 215 and the second layers 216 and 217 may be reversed.
Each of the embodiments shown in FIG. 8 is an embodiment in which a main layer is formed of a titanium nitride layer and a titanium oxynitride layer. That is, the main layer may be formed of only titanium nitride, may be formed of only titanium oxynitride, or may be formed of both.

次に、紫外線偏光光照射方法の発明や紫外線偏光光照射装置の発明の各実施形態について説明する。以下の説明は、光配向装置や光配向層付き基板の製造方法に関するものであるが、水銀ランプを使用した方法及び装置であり、紫外線偏光光照射方法及び紫外線偏光光照射装置の各発明の実施形態の説明も兼ねている。
図9は、実施形態の光配向層付き基板の製造方法の概略を示した図であり、光配向装置の断面概略図である。図9に示す光配向装置は、液晶ディスプレイ等の製造において光配向層を得るための光配向装置であり、光配向層用の膜に偏光光を照射することで、膜の分子構造が一定の方向に揃った状態とするものである。従って、ワーク10は、光配向層用の膜が形成された液晶基板のような基板である。光配向層用の膜は、例えばポリイミド製である。
Next, embodiments of the invention of the ultraviolet polarized light irradiation method and the invention of the ultraviolet polarized light irradiation apparatus will be described. The following description relates to a photo-alignment apparatus and a method for manufacturing a substrate with a photo-alignment layer, but is a method and apparatus using a mercury lamp, and the implementation of each invention of an ultraviolet-polarized light irradiation method and an ultraviolet-polarized light irradiation apparatus. It also serves as an explanation of the form.
FIG. 9 is a diagram illustrating an outline of the method for manufacturing the substrate with a photo-alignment layer according to the embodiment, and is a schematic cross-sectional view of the photo-alignment apparatus. The photo-alignment device shown in FIG. 9 is a photo-alignment device for obtaining a photo-alignment layer in the production of a liquid crystal display or the like. By irradiating the film for the photo-alignment layer with polarized light, the molecular structure of the film is constant. It is in a state of being aligned in the direction. Therefore, the workpiece 10 is a substrate such as a liquid crystal substrate on which a film for a photo-alignment layer is formed. The film for the photo-alignment layer is made of polyimide, for example.

図9に示す光配向装置は、設定された照射領域に偏光光を照射する光照射器5と、ワーク10が載置されるステージ6と、照射領域を通過するようにしてステージ6を直線移動させることでステージ6上のワーク10が照射領域を通過するようにする搬送機構7とを備えている。搬送機構7の詳細は、図9では省略されているが、ボールネジとリニアガイドを組み合わせた直線移動機構が通常は採用される。この他、光配向層の膜自体がワークである場合もあり、この場合は、例えばポリイミド製のシート状の膜をロールツーロールで搬送する搬送機構が採用され、搬送の途中で偏光光が照射される。   The optical alignment apparatus shown in FIG. 9 linearly moves the stage 6 so as to pass through the irradiation region, the light irradiator 5 that irradiates the set irradiation region with polarized light, the stage 6 on which the work 10 is placed, and the irradiation region. And a transport mechanism 7 that allows the workpiece 10 on the stage 6 to pass through the irradiation region. Although details of the transport mechanism 7 are omitted in FIG. 9, a linear movement mechanism combining a ball screw and a linear guide is usually employed. In addition, the film of the photo-alignment layer itself may be a workpiece. In this case, for example, a transport mechanism that transports a sheet-like film made of polyimide by roll-to-roll is adopted, and polarized light is irradiated during the transport. Is done.

光照射器5は、光源51と、光源51の背後を覆ったミラー52と、光源51とワーク10との間に配置されたグリッド偏光素子53とを備える。グリッド偏光素子53は、前述した実施形態のものである。
光配向には紫外線の照射が必要なことから、光源51にはロングアーク型の低圧水銀ランプ又は高圧水銀ランプが使用される。一般的には封体内圧が100Pa以下のものが低圧水銀ランプとされ、それ以上は高圧水銀ランプとされる。光源51は、ワーク10の搬送方向に対して垂直な方向(ここでは紙面垂直方向)に長いものである。ミラー52は、光源51と同じ方向に延びる長尺な一対のものであり、反射面の断面形状は、放物線状又は楕円の円弧状とされる。
The light irradiator 5 includes a light source 51, a mirror 52 covering the back of the light source 51, and a grid polarizing element 53 disposed between the light source 51 and the workpiece 10. The grid polarization element 53 is that of the above-described embodiment.
Since light irradiation requires ultraviolet irradiation, a long arc type low-pressure mercury lamp or high-pressure mercury lamp is used as the light source 51. In general, a low-pressure mercury lamp with a sealed pressure of 100 Pa or less is used, and a high-pressure mercury lamp is used with the pressure inside it. The light source 51 is long in the direction perpendicular to the conveyance direction of the workpiece 10 (here, the direction perpendicular to the paper surface). The mirror 52 is a long pair extending in the same direction as the light source 51, and the cross-sectional shape of the reflecting surface is a parabolic shape or an elliptical arc shape.

グリッド偏光素子53は、前述したように、グリッドの長さを基準にしてp偏光光を選択的に透過させるものである。従って、光配向を行う方向にp偏光光の偏光軸が向くよう、ワーク10に対してグリッド偏光素子53が姿勢精度良く配置される。
尚、グリッド偏光素子53は、大型のものを製造するのが難しいため、大きな領域に偏光光を照射する必要がある場合、複数のグリッド偏光素子53を同一平面上に並べた構成が採用される。この場合、複数のグリッド偏光素子53を並べた面は、ワーク10の表面と並行とされ、各グリッド偏光素子53における格子の長さ方向がワーク10に対して所定の向きとなるように各グリッド偏光素子53が配置される。
As described above, the grid polarization element 53 selectively transmits p-polarized light based on the grid length. Therefore, the grid polarization element 53 is arranged with high posture accuracy with respect to the workpiece 10 so that the polarization axis of the p-polarized light is directed in the direction of performing the optical alignment.
In addition, since it is difficult to manufacture a large-sized grid polarizing element 53, when it is necessary to irradiate polarized light to a large area, a configuration in which a plurality of grid polarizing elements 53 are arranged on the same plane is adopted. . In this case, the surface on which the plurality of grid polarizing elements 53 are arranged is parallel to the surface of the workpiece 10, and each grid is arranged such that the length direction of the grating in each grid polarizing element 53 is a predetermined direction with respect to the workpiece 10. A polarizing element 53 is disposed.

照射領域において、ワーク10に対してグリッド偏光素子53を介して偏光光が照射される。この結果、ワーク10に形成されている光配向層用の膜の分子構造が偏光光の偏光軸の向きに揃った状態となり、光配向層が得られる。即ち、光配向層付き基板が製造される。尚、ワークがロールツーロールで搬送される光配向用の膜材である場合、光配向処理の後、適宜の大きさに切断されて基板に貼り付けられる。これにより、光配向層付き基板が製造される。   In the irradiation region, the work 10 is irradiated with polarized light through the grid polarizing element 53. As a result, the molecular structure of the film for the photo-alignment layer formed on the workpiece 10 is aligned with the direction of the polarization axis of the polarized light, and a photo-alignment layer is obtained. That is, a substrate with a photo-alignment layer is manufactured. When the work is a film material for photo-alignment conveyed by roll-to-roll, after the photo-alignment process, it is cut into an appropriate size and attached to the substrate. Thereby, the board | substrate with a photo-alignment layer is manufactured.

上述したように、グリッドの各線状部が窒化チタンで形成されているグリッド偏光素子53は、260nm以下の波長域において消光比が高くなる偏光特性を有する。消光比が高いということは、偏光光の純度(偏光軸の向きについての純度)が高いことを意味し、光配向がより鮮明に行われることを意味する。一方、周知のように低圧水銀ランプは、254nmや185nmにおいて強い輝線スペクトルを有する。従って、このような水銀ランプと窒化チタン製グリッドのグリッド偏光素子53を組み合わせた光配向装置は、より品質の良い光配向層が高い生産性で得られるという優れた結果をもたらす。   As described above, the grid polarizing element 53 in which each linear portion of the grid is formed of titanium nitride has a polarization characteristic that increases the extinction ratio in a wavelength region of 260 nm or less. A high extinction ratio means that the purity of the polarized light (purity with respect to the direction of the polarization axis) is high, and that the photo-alignment is performed more clearly. On the other hand, as is well known, the low-pressure mercury lamp has a strong emission line spectrum at 254 nm and 185 nm. Therefore, the photo-alignment apparatus combining such a mercury lamp and the grid polarizing element 53 of the grid made of titanium nitride brings an excellent result that a photo-alignment layer with higher quality can be obtained with high productivity.

尚、グリッドの材料が酸窒化チタンの場合も、窒化チタンほどではないとしても254nmの輝線スペクトルに対して高い消光比を発揮すると推測され、ほぼ同等の効果が得られると考えられる。このような効果は光配向という用途において特に有意義であるが、光配向に限らず、紫外域の波長において質の良い高照度の偏光光の照射が必要な用途において一般的に妥当する。
また、上記説明では、光配向装置は搬送機構7を備えたものであったが、単に偏光光照射領域にワーク10を配置する手段(例えばステージ6)が設けられているだけであっても良い。
Even when the material of the grid is titanium oxynitride, it is estimated that a high extinction ratio is exhibited with respect to the emission line spectrum of 254 nm if not as much as titanium nitride, and it is considered that almost the same effect can be obtained. Such an effect is particularly significant in the application of photo-alignment, but it is generally appropriate not only for photo-alignment but also for applications that require irradiation of high-quality polarized light with high quality at wavelengths in the ultraviolet region.
In the above description, the optical alignment apparatus is provided with the transport mechanism 7. However, it is also possible to simply provide means (for example, the stage 6) for placing the work 10 in the polarized light irradiation region. .

上記各実施形態のグリッド偏光素子において、各線状部21の主たる層を形成する膜20,40はALDで形成されたが、CVDやスパッタリングのような他の方法で作成されることもあり得る。
また、上記説明では、対象波長は紫外域特に260nm以下の波長域の紫外線の偏光について専ら取り上げたが、260〜380nmの波長域の紫外線(例えば365nm)の偏光用にも各実施形態のグリッド偏光素子は好適に使用できる。
尚、グリッド偏光素子において、グリッド2の各線状部21の間はギャップは空気であると説明したが、ギャップ内に適宜の材料が充填されることもあり得る。
In the grid polarizing element of each of the embodiments described above, the films 20 and 40 that form the main layer of each linear portion 21 are formed by ALD, but may be formed by other methods such as CVD or sputtering.
Further, in the above description, the target wavelength is exclusively focused on the polarization of ultraviolet rays in the ultraviolet region, particularly in the wavelength region of 260 nm or less, but the grid polarization of each embodiment is also used for polarization of ultraviolet rays in the wavelength region of 260 to 380 nm (eg 365 nm) The element can be suitably used.
In the grid polarization element, the gap is described as air between the linear portions 21 of the grid 2, but an appropriate material may be filled in the gap.

1 透明基板
2 グリッド
21 線状部
21a 主たる層
21b 従たる層
31 犠牲層
5 光照射器
51 光源
6 ステージ
7 搬送機構
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transparent substrate 2 Grid 21 Linear part 21a Main layer 21b Subordinate layer 31 Sacrificial layer 5 Light irradiator 51 Light source 6 Stage 7 Transport mechanism

Claims (9)

透明基板と、透明基板上に設けられた多数の線状部で形成された縞状のグリッドとより成り、入射する光のうち特定の偏光光を選択的に透過させることで光を偏光させるグリッド偏光素子であって、
グリッドを形成する多数の線状部は、窒化チタン又は及び酸窒化チタンで形成された主たる層を有しており、単体金属の層を含まないことを特徴とする非反射型グリッド偏光素子。
A grid that consists of a transparent substrate and a striped grid formed of a large number of linear parts provided on the transparent substrate, and selectively polarizes light by selectively transmitting specific polarized light from incident light. A polarizing element,
The non-reflective grid polarizing element characterized in that a large number of linear portions forming the grid have a main layer formed of titanium nitride or titanium oxynitride and do not include a single metal layer.
前記グリッドを形成する各線状部の幅をw、高さをhとしたとき、h/wが3以上であることを特徴とする請求項1記載の非反射型グリッド偏光素子。   2. The non-reflective grid polarizing element according to claim 1, wherein h / w is 3 or more, where w is a width and h is a height of each linear part forming the grid. 前記線状部は、前記線状部の厚さ方向に光が伝搬する過程で、各線状部の長さ方向に垂直な方向に偏光軸が向いている偏光光に比べて、各線状部の長さ方向に偏光軸が向いている偏光光が多く吸収されることで光を偏光させるものであることを特徴とする請求項1又は2記載のグリッド偏光素子。   The linear portion is a process in which light propagates in the thickness direction of the linear portion, and compared to polarized light whose polarization axis is oriented in a direction perpendicular to the length direction of each linear portion, The grid polarizing element according to claim 1 or 2, wherein the polarized light is polarized by absorbing a large amount of polarized light having a polarization axis in the length direction. 前記グリッドを形成する各線状部の離間間隔は、紫外線を偏光させることが可能な間隔であることを特徴とする請求項1、2又は3記載の非反射型グリッド偏光素子。   The non-reflective grid polarizing element according to claim 1, 2 or 3, wherein the spacing between the linear portions forming the grid is a spacing capable of polarizing ultraviolet rays. 前記グリッドを形成する各線状部の離間間隔は、100nm以上200nm以下であることを特徴とする請求項4記載の非反射型グリッド偏光素子。   The non-reflective grid polarizing element according to claim 4, wherein the spacing between the linear portions forming the grid is 100 nm or more and 200 nm or less. 260nm以下の輝線スペクトルを含む水銀ランプからの光が到達する位置に請求項4又は5に記載の非反射型グリッド偏光素子を配置し、この非反射型グリッド偏光素子を透過した偏光光を対象物に照射することを特徴とする紫外線偏光光照射方法。   The non-reflective grid polarizing element according to claim 4 or 5 is disposed at a position where light from a mercury lamp including an emission line spectrum of 260 nm or less reaches, and polarized light transmitted through the non-reflective grid polarizing element is an object. Irradiating with ultraviolet polarized light. 260nm以下の輝線スペクトルの光を放射する水銀ランプと、
この水銀ランプからの光が到達する位置に配置された請求項4又は5に記載の非反射型グリッド偏光素子と
を備えていることを特徴する紫外線偏光光照射装置。
A mercury lamp that emits light having an emission line spectrum of 260 nm or less;
An ultraviolet polarized light irradiation apparatus comprising: the non-reflective grid polarizing element according to claim 4 or 5 disposed at a position where light from the mercury lamp reaches.
紫外線を放射する光源から光が到達する位置に請求項4又は5に記載の非反射型グリッド偏光素子を配置し、この非反射型グリッド偏光素子を透過した紫外線偏光光を光配向層用の膜に照射する工程を含むことを特徴とする、光配向層付き基板の製造方法。   The non-reflective grid polarizing element according to claim 4 or 5 is disposed at a position where light reaches from a light source that emits ultraviolet light, and the ultraviolet polarized light transmitted through the non-reflective grid polarizing element is used as a film for a photo-alignment layer. The manufacturing method of the board | substrate with a photo-alignment layer characterized by including the process of irradiating to. 紫外線光源と、
紫外線光源からの光が到達する位置に配置された請求項4又は5に記載の非反射型グリッド偏光素子と、
この非反射型グリッド偏光素子を透過した偏光光が照射される位置に光配向層用の膜を搬送又は配置する手段と
を備えていることを特徴する光配向装置。
An ultraviolet light source,
The non-reflective grid polarizing element according to claim 4 or 5 disposed at a position where light from an ultraviolet light source reaches,
A photo-alignment device comprising: means for transporting or arranging a film for a photo-alignment layer at a position where polarized light transmitted through the non-reflective grid polarization element is irradiated.
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